Molecular-dynamics simulations of ion size effects on the fluid structure of aqueous electrolyte systems between charged model electrodes

离子 水溶液 吸附 化学 电解质 分子动力学 粒径 分子 化学物理 电极 静电学 无机化学 分析化学(期刊) 计算化学 物理化学 有机化学
作者
Paul Crozier,Richard L. Rowley,Douglas Henderson
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:114 (17): 7513-7517 被引量:87
标识
DOI:10.1063/1.1362290
摘要

The effect of ion size on the structure of aqueous electrolyte solutions between charged nonpolarizable surfaces or electrodes is investigated using molecular-dynamics simulations of discrete water molecules and ions confined to a slab geometry. Long-range intermolecular Coulombic interactions are calculated using the particle–particle–particle–mesh method with a modification to account for the slab geometry. Density distribution and potential profiles are reported for 1 M aqueous electrolyte solutions with ±0.1 C/m2 electrode surface charge at the electrode surfaces. Five different models for the ions are studied. The models can be characterized as (1) ions of equal size, (2) smaller cations, (3) larger anions, (4) smaller cations and larger anions, and (5) ions representing aqueous NaCl. Compared to the equal-size ion reference case, smaller cation size decreases the contact adsorption at the cathode, but interestingly anion size tends to moderate this effect somewhat. Whereas there is no contact adsorption of anions when the ions are the same size, an increase in anion size causes significant replacement of adsorbed water molecules at the anode with anions. In the case studied here, the larger anion size produced a 20 fold increase in localized density at the electrode surface. The electrostatic potential profile tends to be relatively insensitive to the changes in ion size.
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